離軸控制系統中反饋信號處理算法研究及實現①

陳偉

摘 要：紅外型空空導彈發控系統中，導彈反饋的離軸角信號是實現離軸控制的重要環節，實現對離軸角信號的解調與轉換，建立離軸角電壓信號與離軸角角度信息之間精確的轉換關系，能夠提高導彈離軸隨動精度。本文闡述了離軸角信號的解調原理，針對離軸角信號的非線性問題提出了分段線性化來進行軟件校正的方法，并進行了相應的軟硬件設計。

關鍵詞：發控系統 離軸控制 反饋 解調 非線性

中圖分類號：U666.1 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）03（b）-0100-02

隨著軍事技術的發展，機載武器系統對紅外型空空導彈的離軸隨動性能要求越來越高，這就需要發控系統實現精確的離軸驅動控制功能，導彈的離軸角信號是實現離軸驅動閉環控制的反饋信號，對系統隨動精度影響極大。某武器系統中，導彈的離軸角信號是極坐標系下的電壓信號，載機下達的隨動方位、俯仰角度是通過總線傳輸的機體坐標系為準的角度信息，發控系統根據載機下達的角度信息生成離軸驅動信號，然后和導彈的離軸角信號形成閉環，從而實現對導彈的離軸隨動控制。實現極坐標系下的導彈離軸角信號與直角坐標系下的目標方位、俯仰角度的相互轉換，有利于提高離軸驅動信號的生成精度，從而提高武器系統的隨動精度。同時，導彈位標器的方位、俯仰信息也需要實時上傳載機。本文主要闡述離軸角信號解算與轉換的工作原理及實現過程。

1 離軸角信號解調原理

某型號導彈中，離軸角信號是導彈的位標器電鎖線圈的輸出信號，該信號表征導彈視線在位標器坐標系中的投影，可以近似表達為：

（1）

其中：為位標器離軸角的極徑；為位標器離軸角的相位。

（2）

其中：為角度電壓系數；、為分別是位標器視線的俯仰角和方位角。

由于信號是極坐標形式，需要把它轉換到機體直角坐標系下，根據系統坐標轉換及系統信號相位滯后的要求，移動相位度，即可把等效轉移到機體坐標系上。

基準信號的數學表達式為：

（3）

其中：為位標器基準電壓幅值。

利用基準信號對進行相干解調，并濾除高頻分量，解得目標在機體坐標系下的俯仰、方位角電壓。

（4）

其中：為導彈離軸角電壓有效值；、為載機坐標系下導彈離軸角電壓分量。

2 非線性校正及處理

由公式（2）可知，離軸角電壓理論上與離軸角之間呈正弦函數關系，而該系統實際與之間不是單純的正弦函數關系，如圖1所示。因此，既不能把離軸角電壓當做離軸角“真值”上傳或用做控制，也不能簡單按正弦函數關系反求離軸角。

針對這一事實，采取措施，對離軸角電壓進行轉換，求出離軸角“真值”，這一過程稱為非線性校正。以往發控系統多采用硬件處理技術實現非線性校正。隨著計算機技術的發展，發控系統已廣泛采用數字信號處理器作處理器，利用數字信號處理器優良的數據處理性能，用軟件進行離軸角電壓的非線性校正，使得離軸角電壓和離軸角之間呈線性關系。這種方法省去了硬件補償電路，充分利用了計算機的智能作用，提高了離軸角轉換的準確性和精度，而且適當改進軟件內容，可實現不同的校正方法。校正方法可以采用曲線擬合、分段線性化等方法來實現。綜合考慮轉換精度、轉換速度、發控系統性能及任務等因素，本文采用分段線性化的方法來實現離軸角信號的非線性校正。

采用以下三個線性段來擬合圖1所示的曲線：

（5）

式中：為離軸角電壓有效值；、離軸角電壓線性分段拐點值；、、為各線性段電壓角度轉換系數；、為分段點離軸角對應角度值；為計算得到的離軸角角度值。

算法的關鍵是確定轉折點（，）、（，）及各線性段的轉換系數、、，實現時根據被控對象的統計數據確定上述參數，使算法在整個曲線范圍內擬合誤差滿足系統需要。

經非線性校正，得到離軸角計算值，然后根據離軸角電壓分量、計算歸一化的位標器俯仰、方位信息、，表示為：

（6）

其中：

計算機體系下俯仰角、方位角：

（7）

式中：A、B為機體坐標系下位標器俯仰、方位角；在小角度時，、近似等效于A、B。

3 系統設計

離軸角信號的解算與轉換作為發控系統的一個子系統，主要由發控系統微處理器、信號調理電路、絕對值電路、解調電路等部分。

離軸角信號通過絕對值電路后計算出的有效值；解調電路內首先實現系統需要的相移，然后利用兩路基準信號解調出離軸角電壓分量、；、、進行信號調理后送微處理器由其AD轉換模塊實時采集。系統的微處理器采用TI公司的SMJ320F240，該芯片具有豐富的軟硬件資源，能夠滿足發控系統離軸控制的需要，采用16MHz晶振為系統提供時鐘信號。微處理器采集、、后進行非線性校正病處理，計算目標的方位角、俯仰角。

導彈離軸角信號經本系統處理得到的離軸角，非常逼近導彈真實離軸角，在0～20°離軸范圍內，轉換誤差小于5%，滿足隨動控制及數據上傳的需要。

4 結語

本文采用硬件解調和軟件校正的方法，解決了發控系統設計中離軸角信號處理問題，實現了離軸角信號的精確轉換，滿足了系統離軸控制的需要，應用效果良好。

參考文獻

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